2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——重金屬在環(huán)境中的地球化學(xué)行為考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪個(gè)物理化學(xué)參數(shù)對(duì)重金屬在固-液界面上的吸附過程影響最為顯著？A.離子價(jià)B.離子半徑C.水合能D.電子親和能2.在酸性條件下，土壤中鎘主要以何種形態(tài)存在，且其生物有效性相對(duì)較高？A.CdCO?B.Cd(OH)?C.堿式硫化物D.氧化物或殘?jiān)鼞B(tài)3.某種重金屬污染物在環(huán)境中表現(xiàn)出明顯的生物富集現(xiàn)象，其主要原因最可能是該金屬具有：A.高的水溶性B.強(qiáng)的吸附性C.在生物體內(nèi)易發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)化D.較低的生物毒性4.根據(jù)能斯特方程，當(dāng)水體pH升高時(shí)，對(duì)于某一種易水解的金屬陽離子（如Al3?），其自由離子濃度將如何變化？A.增加B.減少C.不變D.先增加后減少5.重金屬在沉積物中積累的主要地球化學(xué)過程不包括：A.沉降作用B.吸附作用C.生物泵作用D.氧化還原沉淀6.以下哪種環(huán)境地球化學(xué)條件下，重金屬（如Hg2?）傾向于形成揮發(fā)性較強(qiáng)的甲基汞（CH?Hg?）？A.高pH，強(qiáng)氧化性B.高pH，強(qiáng)還原性C.低pH，強(qiáng)氧化性D.低pH，強(qiáng)還原性7.環(huán)境樣品中重金屬的總濃度難以直接反映其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，主要是因?yàn)椋篈.重金屬總濃度受樣品風(fēng)干損失影響大B.重金屬總濃度在環(huán)境介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化快C.生物體只能吸收和利用重金屬的特定形態(tài)D.重金屬總濃度測(cè)定方法成本高昂8.用于表征重金屬在固相表面吸附能力的指標(biāo)是：A.溶解度積（Ksp）B.穩(wěn)定常數(shù)（K）C.分配系數(shù)（Kd）D.活度積（Ksp'）9.重金屬從土壤溶液中向植物根部轉(zhuǎn)移的主要機(jī)制是：A.氧化還原反應(yīng)B.離子交換C.沉淀-溶解平衡D.生物吸收10.下列哪項(xiàng)技術(shù)通常不用于測(cè)定環(huán)境樣品中重金屬的形態(tài)？A.活化吸附-ICP-MSB.流動(dòng)注射-原子吸收光譜法C.高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法D.X射線光電子能譜法二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.重金屬在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化過程受到多種因素的影響，主要包括______、______、氧化還原條件、生物活動(dòng)等。2.地球化學(xué)障是指環(huán)境中能夠顯著改變重金屬遷移轉(zhuǎn)化方向或速率的物理或化學(xué)界面，例如______、沉積物-水界面等。3.影響重金屬在土壤顆粒表面吸附的重要因素包括土壤的______、pH、金屬離子種類與濃度等。4.某重金屬的生物有效性不僅取決于其總量和環(huán)境總濃度，更與其在環(huán)境中的______密切相關(guān)。5.根據(jù)Nernst方程，金屬離子的活度（或濃度）與其標(biāo)準(zhǔn)態(tài)之比，決定了該金屬在______和______之間的分配。6.在缺氧的水體沉積物中，汞（Hg2?）可能被微生物還原為______，進(jìn)而通過揮發(fā)損失。7.評(píng)價(jià)重金屬污染程度時(shí)，除了考慮其總量外，還需關(guān)注其______以及潛在的生態(tài)毒性。8.重金屬從大氣沉降到地表的過程中，會(huì)經(jīng)歷干沉降和______兩種主要途徑。9.土壤pH升高通常會(huì)降低某些重金屬（如Cd2?,Pb2?）的溶解度，這是由于發(fā)生了______反應(yīng)。10.形態(tài)分析是研究重金屬環(huán)境行為的重要手段，其核心在于區(qū)分重金屬在環(huán)境介質(zhì)中的不同______。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述影響重金屬在沉積物-水界面之間吸附-解吸過程的主要環(huán)境因素。2.為什么說僅僅知道環(huán)境樣品中重金屬的總濃度并不能準(zhǔn)確評(píng)估其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)？3.簡要解釋pH如何影響重金屬的溶解行為和生物可利用性。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分）1.某湖水中初始含有總鉛（Pb2?）濃度為5.0×10??mol/L。假設(shè)湖底沉積物對(duì)鉛的吸附符合線性吸附等溫線模型，測(cè)得沉積物-水界面的分配系數(shù)Kd為5.0×10?L/kg。忽略鉛的揮發(fā)和生物過程，計(jì)算平衡時(shí)湖水中鉛的溶解濃度和沉積物中鉛的積累量（假設(shè)沉積物干重為1kg）。2.在某酸性土壤中（pH=5.0），測(cè)得鋅（Zn2?）的總濃度為200mg/kg。已知該條件下Zn2?的羥基沉淀反應(yīng)（Zn2?+2OH??Zn(OH)?）的表觀穩(wěn)定常數(shù)K*約為1.0×101?。假設(shè)土壤溶液中OH?濃度由水自電離提供，忽略其他配位體的影響，估算土壤溶液中自由Zn2?的濃度。（提示：考慮土壤溶液體積與固相體積的比例，假設(shè)土壤孔隙比為0.6）五、論述題（15分）試結(jié)合具體的地球化學(xué)原理，論述重金屬污染物在環(huán)境介質(zhì)（水、沉積物/土壤）中的遷移轉(zhuǎn)化行為，并說明這些行為對(duì)污染物的環(huán)境歸趨和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有何重要意義。試卷答案一、選擇題1.A2.B3.C4.B5.C6.D7.C8.C9.B10.B二、填空題1.氧化還原條件，pH2.水體-沉積物界面3.陽離子交換容量4.形態(tài)5.溶液相，固相6.甲基汞（CH?Hg?）7.生物有效性8.濕沉降9.水解10.化合態(tài)（或存在形式）三、簡答題1.解析思路：影響吸附的因素主要包括：①金屬離子性質(zhì)（如電荷、離子半徑、水合能）；②固體表面性質(zhì)（如表面電荷、粗糙度、比表面積、礦物組成）；③溶液性質(zhì)（如pH值、離子強(qiáng)度、共存離子效應(yīng)）；④環(huán)境因素（如溫度、氧化還原條件）。解吸過程則受這些因素反向影響以及吸附層的穩(wěn)定性控制。2.解析思路：重金屬總濃度是樣品中所有形態(tài)重金屬的總量，它不能反映環(huán)境中實(shí)際可被生物利用的有效濃度。生物體只能吸收和利用重金屬的特定形態(tài)（如溶解態(tài)、可交換態(tài)、可絡(luò)合態(tài)），這些形態(tài)的濃度通常遠(yuǎn)低于總濃度。因此，評(píng)估生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)必須關(guān)注重金屬的形態(tài)分析，確定其生物有效性。3.解析思路：pH通過影響金屬離子的水解反應(yīng)和水合作用來改變其溶解度。對(duì)于許多金屬離子（如Cd2?,Pb2?,Zn2?），在低pH時(shí)，H?離子濃度高，會(huì)與金屬離子競(jìng)爭配位體，或使金屬離子發(fā)生沉淀（如形成氫氧化物），從而提高其溶解度。隨著pH升高，金屬離子的水解產(chǎn)物（如羥基絡(luò)合物）逐漸增多，溶解度通常降低。pH也影響生物膜內(nèi)外金屬離子的分配，進(jìn)而影響生物可利用性。四、計(jì)算題1.解析思路：根據(jù)線性吸附等溫線模型，分配系數(shù)Kd=(C_s/C_w)，其中C_s為沉積物中金屬濃度，C_w為水中金屬濃度?？偨饘倭渴睾悖篊_w*V_w+C_s*M_s=C_0*V_w，其中V_w為水體積，M_s為沉積物干重，C_0為初始總濃度。聯(lián)立方程求解C_w。沉積物積累量C_s=(C_0*V_w-C_w*V_w)/M_s。假設(shè)水體積與沉積物干重有適當(dāng)比例關(guān)系（如題目隱含），可直接用Kd計(jì)算。解：Kd=(C_s/C_w)=>C_s=Kd*C_w總量守恒：C_w*V_w+C_s*M_s=C_0*V_w代入C_s=Kd*C_w：C_w*V_w+Kd*C_w*M_s=C_0*V_wC_w*(V_w+Kd*M_s)=C_0*V_wC_w=(C_0*V_w)/(V_w+Kd*M_s)假設(shè)V_w/M_s=10L/kg（示例比例），則Kd*M_s=5.0×10?L/kg×1kg=5.0×10?LC_w=(5.0×10??mol/L×10L)/(10L+5.0×10?L)=(5.0×10??)/(5.0005×10?)mol/L≈1.0×10??mol/L沉積物積累量C_s=Kd*C_w=5.0×10?L/kg×1.0×10??mol/L=5.0×10??mol/kg=5.0mg/kg2.解析思路：在pH=5.0的酸性條件下，OH?濃度極低，溶液中Zn2?主要以Zn2?形式存在，可能存在的Zn(OH)?沉淀需滿足沉淀平衡條件。根據(jù)沉淀平衡常數(shù)表達(dá)式Q=[Zn2?][OH?]2=K_sp*[Zn2?]/[Zn(OH)?]。由于[Zn(OH)?]≈1mol/kg（假設(shè)單位為mol/kg），[OH?]2可由水的離子積計(jì)算。若Q>K_sp，則發(fā)生沉淀。計(jì)算平衡時(shí)[Zn2?]。假設(shè)土壤溶液體積與固相體積之比為V_w/M_s=0.1L/kg，則有效濃度計(jì)算需考慮此比例。解：pH=5.0=>[H?]=1.0×10??mol/LKw=[H?][OH?]=1.0×10?1?=>[OH?]=Kw/[H?]=1.0×10?1?/1.0×10??mol/L=1.0×10??mol/L[OH?]2=(1.0×10??)2=1.0×10?1?mol2/L2沉淀平衡表達(dá)式：K_sp=Q=[Zn2?][OH?]2=>[Zn2?]=K_sp/[OH?]2K*=1.0×101?，假設(shè)K*近似等于實(shí)際K_sp，則[Zn2?]=1.0×101?/1.0×10?1?mol/L=1.0×103mol/L=1000mol/L但此濃度顯然不合理，表明假設(shè)土壤溶液體積與固相體積之比為0.1L/kg可能過小或K*值需修正。更合理的解釋是，在如此低的pH下，即使考慮水解，自由Zn2?濃度仍會(huì)非常高，遠(yuǎn)超通常的土壤溶液濃度?？赡茴}目中的K*值或pH值設(shè)定需重新審視。若按K*=1.0×101?和實(shí)際pH計(jì)算，忽略水解，則自由Zn2?濃度≈200mg/kg/65.38g/mol≈3.1mol/kg。若考慮水解，平衡計(jì)算會(huì)更復(fù)雜。此處按計(jì)算過程展示。假設(shè)有效濃度計(jì)算需乘以體積比：C_w=(總量/M_s)/(V_w/M_s)=總量/V_w=200mg/kg/0.1L/kg=2000mg/L=2.0g/L使用K*估算：C_w≈K**[OH?]2/1mol/kg≈1.0×101?*1.0×10?1?/1mol/kg=1.0×10?1?mol/kg(此結(jié)果仍不合理，說明模型簡化或參數(shù)需調(diào)整)。更常見是考慮表面絡(luò)合或沉淀，此時(shí)Kd或K*需代表表觀平衡常數(shù)。若無更具體模型，此計(jì)算結(jié)果